红壤丘陵岗地区坡地地表径流氮磷流失特征研究

农业非点源污染是水质恶化的主要贡献者,研究坡地农田生态系统N、P流失特征及其影响因素对提高土壤生产力和水环境质量具有重要意义。本研究基于2011年3月至2013年12月花生地(158场)和橘园地(152场)降雨–产流事件中N、P流失的监测数据,探讨南方红壤坡地农田生态系统N、P流失特征及其与降水特征、径流量的关系。结果表明:花生地N、P流失量明显大于橘园地,N流失浓度则是花生地小于橘园地。N、P流失量的季节变化和年际变化均与地表径流量的变化规律一致,养分流失量与地表径流量呈显著正相关关系(P0.01),流失高峰出现在每年的雨季4—6月。两种土地利用方式,P素流失显著低于N素流失,NO3–-N是可溶性养分流失的主要形态。降雨强度(I60)和径流量是影响养分流失的两个主要因素,均与养分流失量呈显著的幂函数关系(P0.01)。红壤坡地果园比坡耕花生地的水土和养分保持效果好,但在降雨产流高峰期仍需加强肥料施用管理和相关阻控措施的实施。     

不同利用方式红壤坡地土壤水分分配及水肥流失研究

研究了南方红壤坡地三种典型利用方式（休闲荒地、常规农作和茶园）的土壤水分分布特征及水肥流失情况。结果表明：①不同土地利用方式下的土壤水分含量变化与降雨量变化密切相关,土壤水分含量高低顺序为休闲荒地〉茶园〉常规农作。②常规农作产流不稳定,产流量明显高于休闲荒地和茶园,休闲荒地和茶园的产流无差异。③随径流损失的养分以氮素损失为主,养分损失量高低顺序为：常规农作〉茶园〉休闲荒地。从涵养水源、水土保持及经济效益综合考虑,南方红壤坡地利用以茶园利用为宜。     

不同土地利用方式对红壤坡地水土流失的影响

以红壤坡地长期定位试验(1998-2011年)为研究对象,研究自然林、草地、农作、油茶林和湿地松5种土地利用方式对坡地径流量和泥沙流失量的影响,以及不同坡地径流量和泥沙流失量的变化趋势。结果表明:观测年限内5种土地利用方式的产流量大小顺序为农作区>油茶林区>湿地松区>草地区>自然林区,年均产流量分别为287.4,124.7,85.7,51.2,21.3m3/hm2。泥沙流失量大小顺序为农作区>湿地松区>油茶林区>草地区>自然林区,年均产沙量分别为117.7,16.7,15.3,6.9,5.4kg/hm2。5种红壤坡地利用方式年际径流量都呈现下降趋势,农作区下降幅度最大(年均33.8m3/hm2),自然林、草地利用方式下降幅度平缓。农作区的泥沙流失量与径流量的规律并不一致,年际间波动较大,自然林、草地、油茶林和湿地松4种方式在试验后期(2001-2011年)年泥沙流失量较小,稳定保持在0～50kg/hm2。从水土保持角度出发,红壤坡地采用油茶林和湿地松利用方式,短期内(5年)水土流失就可降低到较稳定阶段;采用自然植被恢复或者草地利用方式,1～2年内水土流失量就降低到较低水平;农作区径流量虽然随着试验年限的延长呈现显著降低趋势,但是泥沙的流失风险较大(年际波动较大),不适宜在坡地耕作。     

不同利用方式红壤坡地土壤水分分配及水肥流失研究

研究南方红壤坡地3种典型利用方式（休闲荒地、常规农作和茶园）的土壤水分分布特征及水肥流失情况。结果表明:①不同土地利用方式下的土壤水分含量变化与降雨量变化密切相关,土壤水分含量高低顺序为休闲荒地>茶园>常规农作。②常规农作产流不稳定,产流量明显高于休闲荒地和茶园,休闲荒地和茶园的产流无差异。③随径流损失的养分以氮素损失为主,养分损失量高低顺序为:常规农作>茶园>休闲荒地。从涵养水源、水土保持及经济效益综合考虑,南方红壤坡地利用以茶园利用为宜。     

壤中流和地表径流耦合下的红壤坡地氮素迁移输出过程模拟

以红壤坡地大型渗漏装置(裸地)为研究对象,分析了泥沙量-地表氮素输出量、壤中流量-壤中氮素输出量等观测数据之间的数学关系,构建了氮素随径流泥沙输出的经验模型,并将该模型与经典的土壤水分运移模型(HYDRUS-2D)、坡面土壤侵蚀模型(WEPP)进行耦合,最终形成了一套同时可定量描述地表径流、泥沙、壤中流、氮素输出过程的综合模型。以实测数据对模型参数进行校正并进行了模型检验,校正后的参数对径流量、泥沙量、壤中流量、氮素输出量均具有较好的模拟效果(决定系数在0.41以上),其中壤中流量和壤中氮素输出量模拟效果更好,决定系数分别达0.88和0.84。分析模拟结果表明,在降雨产流期壤中氮素输出量显著高于地表氮素输出量,且在未降雨期间氮素随着壤中流持续输出,进一步印证了壤中流是红壤坡地氮素的主要流失途径。此外,壤中流产流高峰较降雨峰值延后,且一次降雨的壤中流会持续数天,说明土壤起到了一定的缓冲作用。     

施用方式对赤红壤坡地上污泥铜随径流迁移的影响

研究了以撒施、撒施+草和穴施方式施用于赤红壤坡地上污泥中的Cu在人工降雨条件下随径流的迁移情况。结果表明,污泥撒施后的前期(1d和18d)径流中混匀样总Cu(MTCu)、静置样总Cu(STCu)、颗粒态总Cu(TPCu)、悬浮态总Cu(TSCu)和可溶性总Cu(TDCu)浓度和流失量均达到峰值,其中MTCu、STCu浓度和流失量峰值分别为1674.9μg·L-1、105.4μg·L-1和21.59mg·m-2、1.32mg·m-2,分别是穴施和撒施+草对应峰值的4.2～13.7倍和5.4～24.9倍;此后Cu浓度和流失量均逐渐降低。与撒施相比,撒施+草径流中各形态Cu浓度和流失量削减率可分别达72.8%～91.7%和91.4%～97.1%,穴施对应削减率则可分别达78.2%～89.9%和68.6%～82.9%。撒施、撒施+草和穴施MTCu径流流失系数分别为0.83%、0.03%和0.26%,穴施和撒施+草均可有效防止污泥Cu的流失,但以撒施+草效果最好。颗粒相Cu是Cu流失的重要形式。     

红壤坡地不同利用方式土壤侵蚀模型研究

利用土壤侵蚀定位土芯Eu示踪新方法所获得的大量侵蚀及其因子实测数据,建立了红壤坡地不同土地利用方式下土壤侵蚀空间分异和坡面侵蚀预测模型,模型的可操作性强,所需因子数据用常规方法即可获得,因而可用来预测不同土地利用方式下土壤侵蚀的空间分布和坡面侵蚀。     

生育期对红壤旱坡花生地氮素径流流失的影响

探明作物不同生育期的氮素流失特征,以期为红壤旱坡地氮素流失预测与有效防控提供理论依据。采用土壤水分渗漏试验装置,对自然降雨条件下赣北第四纪红壤旱坡花生地不同生育期的地表径流、渗漏水及其各形态氮素输出过程进行连续观测。结果表明:(1)红壤旱坡花生地产流主要发生在降雨量最为集中的开花下针期。渗漏水是各生育期主要的径流形式,占总径流量的64%。(2)各生育期,氮素流失的主要途径为渗漏水,主要形式为可溶性氮,占总氮(TN)流失量的54%～99%。除饱果成熟期外,各生育期渗漏水中氮素流失的主要成分为硝态氮,占TN的38%～50%。(3)地表径流和渗漏水氮素浓度总体表现为幼苗期和开花下针期较大,饱果成熟期最小,而氮素流失量则表现为开花下针期最大。因此,幼苗期和降雨量最为集中的开花下针期为防治红壤旱坡花生地氮素流失的关键时期,控制硝态氮等氮素淋溶损失是减少红壤旱坡花生地氮素流失的关键途径。     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。     

土地利用方式对红壤坡地雨水利用和水量平衡的影响研究

通过红壤坡地5种典型土地利用方式的长期定位观测研究,剖析了不同利用方式对雨水利用和水量平衡的影响.(1)荒草区常年水分消耗稳定茶园区和恢复区对土壤深层贮水利用能力强,表明不同的土地利用类型对土壤水分利用特征随季节和深度不同而不同;(2)土壤蒸散是各区100 cm耕作层中水量平衡最主要的支出项(83%以上),农作区蒸散量最小,地表径流量最大,恢复区则相反;(3)从减少水土流失和提高水分利用率两者结合考虑,构建农林复合系统以及间作、套作、撩壕等耕作方式为红壤坡地最优的雨水资源利用模式.     

不同利用方式下土壤有机氮素矿化特征的研究

采用长期淹水密闭培养-间歇淋洗法(30℃),测定了长期(16年)定位的水田、旱地和林地土壤有机氮素的矿化氮数量,利用一级反应动力学模型对有机氮素的矿化过程进行了拟合,并探讨了不同利用方式下土壤有机氮素的矿化特征。结果表明,3种利用方式下土壤有机氮素的矿化过程均可用一级反应动力学模型很好地拟合;任意两种土壤利用方式之间的N0值差异均达1%显著水平,水田与旱地、林地之间的k值差异均达1%显著水平,而旱地与林地之间的k值差异则达5%显著水平,林地土壤氮素矿化势最大(72.96 mg kg-1),约为旱地和水田土壤的1.3倍和7.4倍,水田土壤氮素矿化速率最大(0.0908 d-1),约为旱地和林地土壤的4.1倍和2.3倍;旱地和林地土壤供氮能力大小相接近,分别为88.24 mg kg-1和89.11 mg kg-1,约为水田土壤的2倍左右。由此可见,长期(16年)不同利用方式对土壤有机氮素矿化特征影响显著,水田土壤可供矿化的有机氮数量最少且矿化时间最为短暂,旱地土壤可供矿化的有机氮数量较多且矿化时间最为缓慢持久,林地土壤可供矿化的有机氮数量最多且矿化时间较为缓慢持久。     

红壤丘陵坡地不同利用方式的土壤N矿化特征

以坡地不同利用方式定位试验为研究对象,应用间歇淋洗培养方法和计算机模拟模型,求得土壤氮素矿化参数,并探讨了速效氮、氮素矿化势(No)、全氮、有机质组分之间的关系。结果表明,在35℃条件下进行好气培养,一级动力学方程能够很好的拟合试验数据,模拟方程和模拟参数均达到极显著水平。经过8年的不同经营管理,退化利用方式土壤氮的矿化势最低,变动在34.7~39.2mg kg-1之间,旱农利用方式土壤氮矿化势最高,变动在47.8~53.9mg kg-1之间,园地利用方式(落叶果、常绿果、茶园)的土壤氮素矿化势在46.2~49.5 mg kg-1之间;氮素矿化势、土壤全氮、土壤有机质、土壤活性有机质、土壤易氧化有机质之间的相关分析表明,各指标之间均达到显著或极显著正相关,氮素矿化势可以作为红壤丘陵区坡地开发利用过程中土壤供氮强度的指标之一。     

不同土地利用方式下赤红壤坡面土壤侵蚀特征

为探究降雨和土地利用对南方赤红壤坡面侵蚀特征的影响,通过天然降雨观测试验,定量分析不同土地利用方式(坡耕地、果园、人工草地和撂荒地)下坡面径流和侵蚀泥沙特征,探讨降雨类型及土地利用对坡面侵蚀产沙的影响以及降雨特征参数与坡面水沙指标间的关系。结果表明:(1)2018年研究区降雨主要集中在5—9月,且每月降雨量主要由一场或几场暴雨及大暴雨组成;(2)坡耕地坡面年径流量和年侵蚀量均最大,分别是果园、人工草地以及撂荒地处理下的3.4,8.0,6.0倍和340.5,1605.3,1720.3倍;(2)次降雨下,坡面径流量在年内表现为前期平稳,后期波动增加,侵蚀量表现为前期波动较大,后期变化相对平稳,且侵蚀产沙主要集中在前期;(3)不同土地利用方式下,暴雨及大暴雨产生的径流量均占年径流量的75%以上,坡耕地、果园、人工草地以及撂荒地处理下由暴雨和大暴雨产生的侵蚀量分别占年侵蚀量的99.1%,71.8%,52.3%和51.6%;(4)降雨量和最大30min降雨强度是影响赤红壤坡面侵蚀最重要的降雨特征参数,降雨历时和植被覆盖度均显著影响果园、人工草地及撂荒地坡面径流量。研究结果有助于明晰南方赤红壤区不同土地利用现状土壤侵蚀特征,为区域水土保持提供参考依据。     

不同土地利用方式下红壤磷素径流流失特征

土壤磷素流失已成为地表水富营养化的重要威胁,红壤在我国分布范围广、分布面积大,研究红壤磷素累积与流失特征可为红壤区农业面源污染控制、防止区域地表水污染提供科学依据。选取红壤区牧草地、休闲地、玉米地、菜地、大棚5种常见土地利用方式,采用人工模拟降雨方法,研究了红壤区不同土地利用方式下磷素累积状况、形态组成和随地表径流的迁移特征及其环境阈值。结果表明:(1)供试土壤Olsen-P含量的范围为6.81～178.17 mg/kg,土壤溶解态活性磷(CaCl_2-P)含量的范围为0.29～8.26 mg/kg,藻类可利用总磷(NaOH)的变化范围为30.34～369.81 mg/kg,不同利用方式红壤中均存在一定程度的磷素累积;(2)不同利用方式红壤的磷吸持指数PSI范围为31.95～47.05,均值大小表现为牧草地玉米地菜地休闲地大棚;(3)红壤地表径流中TP的浓度范围为0.245～2.073 mg/L,TDP浓度范围为0.023～0.308 mg/L,PP浓度范围为0.223～1.826 mg/L,不同场次降雨地表径流中TP和PP平均浓度和流失量大小与土壤表层Olsen-P含量分布规律一致,TDP平均浓度表现为大棚菜地旱地玉米牧草地休闲地,而TDP流失量却表现为大棚菜地牧草地休闲地旱地玉米;径流输出以PP为主,占TP的比例为82.46%～90.15%;(4)土壤Olsen-P与NaOH-P和CaCl_2-P存在极显著正相关,随着Olsen-P含量的增加,NaOH-P和CaCl_2-P提高,且Olsen-P与NaOH-P之间存在一个明显的突变点,确定36.17 mg/kg为红壤磷素流失的环境阈值,同时还指出,径流TP浓度或流失量与土壤NaOH-P含量呈显著正相关。     

红壤小流域不同利用方式土壤钾素流失特征研究

从资源利用的角度研究了红壤小流域不同利用方式土壤钾素的流失特征,结果表明,植被覆盖度低,无水保措施的试验区钾素流失量最大,封山育林,恢复保护性植被的试验区的钾素流失量最低。在农林利用的试验区中,粗放经营的试验区的钾素流失量大于水土保持综合性农林措施的试验区。土壤钾素流失时间主要集中在5月份和6月份梅雨季节和8月份台风雨季节,其流失量约占全年流失量90%以上,钾素的流失形态主要为泥砂结合态,约占全钾流失量94%以上,影响钾素流失的主要因素为降雨量、降雨侵蚀力、径流量和泥砂流失量。     

不同土地利用方式下坡面土壤养分分布特征

通过土壤养分测定,研究了重庆市长寿区代家沟小流域不同土地利用方式下坡面土壤养分分布特征.结果表明:3种坡位坡耕地的有机质和全量养分含量要远低于有林地,坡耕地和果园的速效养分要远远大于疏林地、荒草地、桑园及有林地的速效养分,果园-疏林地-有林地及有林地-桑园-坡耕地.这两种土地利用结构类型坡面具有较高的土壤养分含量;相同坡位上,土壤养分含量也不同,TP含量虽然在各个坡位中有一定差异,但只在坡顶相差很大,坡中和坡脚的含量不大.坡耕地的速效K含量要远远高于果园和有林地,果园和有林地的速效K含量相差不大.坡面土壤碱解N、有效P、速效K含量与坡位表现出显著相关性.     

黄土坡地不同利用方式土壤侵蚀的时空分布规律研究

本研究利用定位土芯Eu(europium)示踪新方法,研究黄土坡地不同利用方式下土壤侵蚀的 时空分布规律.结果表明,该方法对以片蚀和细沟侵蚀为主的黄土坡地是适用的;土壤侵蚀 的时间分布与降雨量的年时间分布相一致,过程性暴雨期表现为全年土壤侵蚀的高峰期;在 复合坡面,随坡面的陡、缓、凹,土壤侵蚀表现强、弱、沉积;相同坡度和坡长条件下,幼龄核桃园的土壤侵蚀速率＞刺槐林地＞荒草地＞苜蓿地.     

不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应

 研究不同土地利用类型土壤侵蚀量的坡度效应,以便为退耕还林及坡耕地水保措施提供依据。根据上舍河小流域2000年55场有效降雨资料,对不同土地利用类型(坡耕地、杉木林地)次降雨地表径流量、径流侵蚀模数与坡度、降雨量、降雨强度、植被盖度等影响因子进行相关分析。结果表明:坡耕地、杉木林地的次降雨地表径流量、地表径流侵蚀模数与坡度、降雨量、降雨强度、植被盖度等相关显著。在一定坡度范围内,坡耕地的次降雨地表径流量和径流侵蚀模数,随着坡度的增大而增加,而杉木林分的次降雨地表径流量和径流侵蚀模数,随着坡度的增加而降低。     

不同氮素添加对不同土地利用方式黑土氮素转化特征的影响

以吉林省典型黑土区的玉米、果树、森林、水稻和菜地土壤为研究对象,采用室内培养法研究氮素在不同土地利用方式黑土中的形态转化特征。结果表明:施加氮肥使不同土地利用方式黑土的铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的提高,其中铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著。对于施加尿素的处理而言,S2(129.82 mg/kg)和C2(138.01 mg/kg)硝态氮含量显著高于G2(111.89 mg/kg)和D2(105.35 mg/kg),且Y2(126.92 mg/kg)显著高于D2。对于施加磷酸二铵的处理而言,各土壤硝态氮含量由大到小的顺序为C3(160.23 mg/kg)>Y3(150.00 mg/kg)>S3(140.12 mg/kg)>G3(133.45 mg/kg)>D3(126.70 mg/kg),且C3和Y3显著高于G3和D3。土壤净矿化速率和净硝化速率分别与土壤C/N,土壤微生物量碳、土壤微生物量氮呈显著负相关。整个培养期间,Y、G、C和D土壤平均NMR由大到小的顺序均为处理2>处理3>CK处理,S土壤平均NMR由大到小的顺序为处理3>处理2>CK处理。Y、G和D土壤平均NR由大到小的顺序均为处理2>处理3>CK处理,S和C土壤平均NR由大到小的顺序为处理3>处理2>CK处理。土壤理化性质对黑土氮素转化特征有重要影响。